JPH0686820B2 - ステ−タベ−ン一体リングを周方向に変位させるリンク機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、機械的リンク機構に係り、更に詳細にはガス
タービンエンジンに使用される機械的リンク機構に係
る。

従来の技術 軸流ターボファンガスタービンエンジンは空輪業界に於
てよく知られており、また広く使用されている。端的に
いえば、軸流ターボファンガスタービンエンジンは、圧
縮機の第一段（ファンセクションと呼ばれることが多
い）により圧縮された空気の一部がインナガスジェネレ
ータ、即ちインナコアの周りに同軸にバイパスされる点
に於て、軸流ターボジェットエンジンとは異なってい
る。このバイパスファン空気は少なくとも或る距離に亘
りガスジェネレータのケーシングとこれと同軸のアウタ
ファンダクトとの間に形成された環状の通路内を流れ
る。

現代の軸流ターボファンエンジンに於ては、エンジンの
運転中種々のエンジン構造体や構成要素に対し機械的調
節を行うことが好ましい。かかる構造体としては、一つ
又はそれ以上の軸線方向に互いに隔置された「段」と呼
ばれる組に於てガスジェネレータの圧縮機セクション内
に配置された半径方向に延在する圧縮機ステータベーン
がある。エンジンの運転性能、信頼性及び出力の観点か
ら、各組のステータベーンに到達する実質的に軸線方向
に流れる空気流の仰角を同時に変化させることが好まし
い。かかる調節は、一般に、個々のステータベーンに半
径方向に延在する軸線の周りに回転可能なマウントを設
け、各段のステータベーンをそれらの回転軸線に垂直に
延在する複数個の対応するベーンアームによりリンク接
続し、各ベーンアームをその一端に於て実質的に円筒形
の圧縮機ケースを囲繞する一体リングに連結し、一体リ
ングと圧縮機ケースとの間の周方向の相対変位に応答し
て各ステータベーンを等量回動させることにより達成さ
れる。

かかる一体リングにより回動されるステータベーン構造
はガスタービンエンジンの技術分野に於てよく知られて
おり、上述のシステムに選択的に駆動可能なアクチュエ
ータ及び接続リンク機構を追加するだけで作動可能なシ
ステムとなる。従来より知られているかかるシステムの
幾つかに於ては、圧縮機ケーシング及びファンダクトに
より形成された環状の空気通路内に全体が配置されたア
クチュエータ及び駆動リンク機構が使用されている。小
型又は流入する全空気のうち空気通路にバイパスされる
パーセンテージの小さい他のターボファンエンジンに於
ては、空気通路内に於ける空気の流れを乱すことなく、
また現場の保守を困難にすることなく、圧縮機ケーシン
グとファンダクトとの間にアクチュエータ及びリンク機
構を配置するための充分な空間が存在しない。

圧縮機ケースとこれを囲繞するファンダクトとの間にア
クチュエータを設けるための充分な間隙を有しないエン
ジンに於ては、ファンダクトの外面にアクチュエータを
取付け、そのアクチュエータを機械的リンク機構によっ
て一体リング又は他の内部被駆動構造体に接続すること
が一般に行われている。外部に取付けられたアクチュエ
ータに応答してエンジンの内部構造体を操作することに
加えて、リンク機構はファンダクトと圧縮機ケースとの
間にしばしば発生する偏差的運動、即ち相対運動を受入
れ得るものでなければならない。過渡的温度変化、エン
ジン負荷、外的に生起される力等により惹起されるかか
る相対運動は軸線方向、周方向、又は半径方向にそれぞ
れ単独で又はそれら組合せとして発生する。

外部アクチュエータと内部構造体とをリンク接続しつつ
上述の如き相対運動を受入れる従来の方法として、内部
構造体と外部アクチュエータとの間に摺動可能に係合し
スプライン接続されたシャフト部材を使用することがあ
る。かかる摺動可能に係合した構造体及びそれの幾つか
の構成要素は、エンジンの内部構造体を高精度に操作す
ることが望ましい用途に於ては不十分であることが解っ
た。かかる複数個の構成要素よりなる構造体は摺動面に
於て摩耗し易く、そためリンク機構にバックラッシュや
ヒステリシスが発生し、これにより内部構造体の位置決
め精度が低下することがある。かかる精度は、圧縮機の
性能及び運転上の信頼性を最適化すべくステータベーン
の位置決めが行われる場合に特に重要である。

発明の概要 本発明によれば、環状のバイパス空気通路内に配置され
た一つ又はそれ以上の一体リングを有し、ファンダクト
外に配置された駆動アクチュエータを有する軸流ターボ
ファンエンジンに於て、ステータベーンを調節するため
のバックラッシュの小さいリンク機構が得られる。本発
明のリンク機構は、それぞれ圧縮機ケース及びファンダ
クトに固定された一対の球面軸受により支持され実質的
に半径方向に延在するトルクシャフトを含んでいる。

好ましい実施例に於ては、インナクランクアームが枢着
されたビーム部材にリンク接続され、ビーム部材は個々
の一体リングにリンク接続され、これによりトルクシャ
フトの回動に応答してステータベーンを調節し得るよう
になっている。クランクアームはファンダクトにより支
持された球面軸受を貫通して摺動可能に延在するトルク
シャフトに連結されている。更にトルクシャフトはアク
チュエータの駆動ロッドと係合しトルクシャフトを選択
的に回動させる外部クランクアームをファンダクトの外
部に有している。

かくして本発明によれば、圧縮機ケースとファンダクト
との間の半径方向、周方向、又は軸線方向の相対運動を
支持軸受構造に於て受入れることにより、リニアアクチ
ュエータの駆動ロッドとビーム部材との間に一体的なリ
ンク機構が設けられる。本発明のリンク機構は内部摺動
スプラインや他の伸張接続部を摺動させることにより惹
起される内部摩耗を生じない。更にアクチュエータとス
テータベーンとの間の運動部品の数が少ないことによ
り、個々のステータベーンの位置決めに関する不正確さ
が低減される。

従って本発明の一つの目的は、ガスタービンエンジン内
の内部可動構造体とエンジンの外部に配置された駆動ア
クチュエータとの間に機械的制御リンク機構を設けるこ
とである。

本発明の他の一つの目的は、内部構造体と外部に取付け
られたアクチュエータとの間の半径方向、周方向、及び
軸線方向の相対変位を受入れるリンク機構を提供するこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的は、外部アクチュエータと
内部構造体との間の位置決め制御の精度を高精度にし且
高精度に維持すべく、摩耗する部品及び接続部の数が少
ないリンク機構を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、軸流ターボファンガス
タービンエンジンの圧縮機ケースに沿って軸線方向に隔
置された複数個の一体リングを駆動することのできるリ
ンク機構を提供することである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

第１図は前方のファンセクション14内へ軸線方向に流れ
る空気を導入するための入口12を有する一つの典型的な
ターボファンガスタービンエンジン10の解図的断面図で
ある。ファンセクション14により駆動された空気の一部
は、圧縮機セクション16とディフューザセクション18と
燃焼器セクション20とタービンセクション22とよりなる
ガスジェネレータ、即ち高温コアへ流入する。ファンセ
クション14より流出しガスジェレータへ流入しない空気
（バイパス空気と呼ばれる）は、圧縮機ケース26の外面
とこれを同軸に囲繞するファンダクト28との間に形成さ
れた環状のバイパス空気通路24を経て軸線方向後方へ流
れる。タービンセクション22より流出する高温コアガス
及びバイパス空気は第１図に示された特定のエンジン構
造に於てはエンジンの出口ノズル30より流出する。

前述の如く、信頼性及び運転性を改善すべくエンジンの
運転中にその種々の構成要素を操作することが好ましい
ことが多い。かかる構成要素の一つの例は、圧縮機セク
ション16内にて軸線方向に互いに隔置された一連の段に
配置されたステータベーン32である。ステータベーンは
軸線方向に延びる圧縮機セクション16の周縁の周りに配
置されており、圧縮機の回転速度、空気温度、空気の全
圧等の如き種々のエンジン運転パラメータに基いて軸線
方向に流れる圧縮空気に対する仰角を変化させるべく、
それぞれ対応する半径方向に延在する軸線の周りに回動
されるようになっている。

当技術分野に於てよく知られている如く、各段のステー
タベーンは、圧縮機ケースの周縁の周りに配置され対応
するベーンアームにより個々のステータベーンにリンク
接続された円形の一体リングを操作することにより同時
に回動される。

バイパス比の高いターボファンエンジンに於ては、ステ
ータベーンの一体リングを操作するためのアクチュエー
タは、バイパス空気通路24内にて圧縮機ケース上に取付
けられている。第１図に示されたエンジンの如きバイパ
ス比の小さいターボファンエンジンに於ては、アクチュ
エータがその付属部品としての支えにて取付けられるこ
とにより、狭い環状の通路24内に於けるバイパス空気の
流れが大きく乱されるだけでなく、アクチュエータ組立
体の保守及び修理が非常に困難なものになる。従ってア
クチュエータ34はファンダクト28の外面に取付けられ、
第１図の概略構成図に示されている如く、機械的リンク
機構36により一体リングにリンク接続されている。

上述の如き調節の所望の効果を得るためには、個々の一
体リングの操作は高精度に行われなければならない。ま
たエンジンの通常の運転中にエンジンに課せられる過渡
的温度条件や他の運転負荷により、圧縮機ケース26とフ
ァンダクト28との間に半径方向、周方向、若しくは軸線
方向に相対変位が発生される。アクチュエータ34と一体
リング（第１図に於ては図示されていない）との間に配
置されたリンク機構36は、かじりや摩耗を生じることな
く、またアクチュエータの入力とこれにより操作される
一体リングとの間に位置の不正確さをもたらすことな
く、上述の相対運動を受入れることが重要である。

第２図に示されている如く、本発明によれば、半径方向
内端に於ては圧縮機ケース26に固定された第一の球面軸
受、即ち自在軸受40により、また半径方向に外端に近接
した位置に於てはファンダクト28に固定された第二の自
在軸受42により支持された実質的に半径方向に延在する
トルクシャフト38が設けられている。自在軸受40及び42
が設けられていることにより、トルクシャフト38はファ
ンダクト28と圧縮機ケース26との間の軸線方向及び周方
向の相対運動を受入れることができる。更に第二の自在
軸受42はトルクシャフト38を摺動可能に受入れ、これに
より半径方向の相対変位が生じることを許すよう構成さ
れている。

かくしてトルクシャフト38はその長手方向軸線の周りに
自由に回動することができ、また自在軸受40及び42内に
於て枢動することができる。回動は第４図により一層明
瞭に示された横方向に延在する駆動アーム44によりトル
クシャフト38に与えられる。トルクシャフト38はファン
ダクト28の半径方向外方まで延在しており、ファンダク
トの外方に於てキー止め又は他の方法により駆動アーム
44に固定されている。好ましい実施例に於ては、駆動ア
ーム44はピン46によりアクチュエータ34の直線的に伸張
可能な駆動シャフト48に接続されている。駆動アクチュ
エータ34は当技術分野に於て公知の液圧手段、空気圧手
段、電気手段、又は他の手段により作動可能であり、フ
ァンダクト28に固定され且これにより支持されている。

制御入力に応答して行われるアクチュエータの駆動シャ
フト48の直線運動52によりトルクシャフト38の所望の回
動が達成される。本発明の一つの特徴は、トルクシャフ
ト38により、駆動シャフト48に直接応答した回動がガス
タービンエンジン10の内部に伝達されることである。フ
ァンダクト28と圧縮機ケース26との間に生じる相対運動
を受入れる中間のリンク、ジョイント、他の装置は存在
しない。従ってトルクシャフト38の回動は非常に高精度
であり、駆動シャフト48の変位を予測可能に反映するも
のである。

トルクシャフト38の回動は、図示の好ましい実施例に於
ては一体リング54とビーム部材58とをリンク接続するプ
ッシュロッド、即ちリングリンク56を含むリンク手段に
より、第３図に示された一体リング54の如き内部構造体
に伝達されてこれを駆動する。ビーム部材58は実質的に
円筒形の圧縮機ケース26に対し半径方向に配向された軸
線60の周りに枢着されている。ビーム部材58は、圧縮機
ケース26とファンダクト28との間にてトルクシャフト38
に固定され横方向に延在する内部クランクアーム64とビ
ーム部材58との間に配置された駆動リンク62によりトル
クシャフト37にリンク接続されている。

リニアアクチュエータ34により生起されるトルクシャフ
ト38の回動により、リングリンク56を介して一体リング
54を駆動するビーム部材58が枢動される。一体リング54
の周方向の運動66によりベーンアーム68を介して各ステ
ータ段のステータベーン32が回動される。

第３図に示された好ましい実施例は、ビーム部材58と対
応する一体リング（図示せず）との間に第二及び第三の
リングリンク56a及び56bを設けることにより複数個の一
体リングを操作し得るよう構成されている。更に図示の
好ましい実施例に於ては、リンク56、56a、56b、62と対
応するビーム部材58、アーム64、及び一体リング54との
間に単純なピンジョイントが使用されている。かかるピ
ンジョイントは長手方向の圧縮荷重又は引張り荷重にし
か曝されず、作動中の回転変位は極く僅かでしかないの
で、本発明によるリンク機構の駆動要素と被駆動要素と
の間に高い公差及び低摩耗の接続部を与えている。

好ましい実施例に於ける自在軸受40及び42は公差の小さ
い球面軸受であり、それぞれ凸状の球状外面を形成する
インナボール部40a及び42aと、対応するボール部40a及
び42aの外面の少なくとも一部と係合し得る対応する内
面を有するアウタカップ部40b及び42bとを有している。
ボール部若しくはカップ部に付着されたテトラフルオロ
エチレンや他の材料の層により永久的に潤滑されること
が多いかかる球面軸受により、トルクシャフト38は自由
に傾動したり回動することができ、しかもトルクシャフ
トを軸受40と42との間に支持することができる。

前述の如く、ファンダクト28に固定された第二の軸受42
はそれを貫通した状態にてトルクシャフト38を摺動可能
に受入れるよう構成されており、これによりファンダク
ト28と圧縮機ケース26との間の半径方向の相対変位を可
能にしている。摺動界面70のシールは好ましい実施例に
於ては環状ガスケット又はＯリング72により達成される
ようになっている。

以上要するに、ファンダクト28の外面に取付けられた駆
動シャフト48の直線運動を半径方向に延在し回動するト
ルクシャフト38によって変換し、これをエンジン10の内
部に伝達することにより、またファンダクト28と圧縮機
ケース26との間の半径方向、周方向、軸線方向の相対運
動をトルクシャフトを支持する軸受40及び42内に於て受
入れることにより、本発明によるリンク機構は一体リン
グ54を正確に且確実に位置決めし、これにより対応する
段のステータベーンの仰角を所望の角度に設定する。更
に本発明によるリンク機構には摺動ジョイントや他の接
続部が存在しないことにより、かかる構造体、特に長期
間使用された後にかかる構造体に生じるバックラッシュ
やヒステリシスが排除される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸流ターボファンガスタービンエンジンの解図
的断面図である。 第２図は本発明によるリンク機構をエンジンの中心軸線
に沿う平面に沿って切断して示す断面図である。 第３図は第２図に示されたリンク機構を半径方向内方に
見た解図である。 第４図は本発明によるリンク機構が組込まれたターボフ
ァンエンジンの外観を半径方向内方に見た解図である。 10……ガスタービンエンジン,12……入口,14……ファン
セクション,16……圧縮機セクション,18……ディフュー
ザセクション,20……燃焼器セクション,22……タービン
セクション,24……バイパス空気通路,26……圧縮器ケー
ス,28……ファンダクト,30……ノズル,32……ステータ
ベーン,34……アクチュエータ,36……リンク機構,38…
…トルクシャフト,40、42……自在軸受（球面軸受）,44
……駆動アーム,46……ピン,48……駆動シャフト,54…
…一体リング,56……リングリンク,58……ビーム部材,6
0……軸線,62……駆動リンク,64……クランクアーム,68
……ベーンアーム,70……摺動界面,72……Ｏリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の圧縮機ケースと該圧縮機ケースの
   外側に同軸に配置されたファンダクトとを有する軸流タ
   ーボファンガスタービンエンジンの前記圧縮機ケースの
   周りに配置されたステータベーン操作用一体リングを周
   方向に変位させるリンク機構にして、 前記圧縮機ケースより前記ファンダクトを貫通してエン
   ジンの半径方向に延在するトルクシャフトと、 前記トルクシャフトと前記圧縮機ケースとの間に配置さ
   れた第一の自在軸受と、 前記トルクシャフトを該トルクシャフトの軸線の方向に
   摺動可能に受け入れた状態にて該トルクシャフトを前記
   ファンダクトより自在式に支持する第二の自在軸受と、 前記第一の自在軸受と前記第二の自在軸受との間の位置
   にて前記トルクシャフトより横方向に延在するクランク
   アームと、 前記一体リング及び前記第二の自在軸受のいずれからも
   エンジンの軸線方向に隔置された枢着点にて前記圧縮機
   ケースに枢動式に取付けられたビーム部材と、 前記クランクアームと前記ビーム部材との間に設けられ
   て前記トルクシャフトの回動に応じて前記ビーム部材を
   枢動させる駆動リンクと、 前記ビーム部材の枢着点よりエンジンの軸線方向に隔置
   された位置にて前記一体リングと前記ビーム部材との間
   に延在し前記ビーム部材の枢動に応じて前記一体リング
   を周方向に駆動するリングリンクと、 前記ファンダクトの外側に配置され前記トルクシャフト
   を該トルクシャフトの軸線の周りに選択的に回動させる
   手段と を含むリンク機構。